一种自适应压缩感知重构算法

为优化稀疏自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit, SAMP)算法的性能,给出了一种修正自适应匹配追踪(modified adaptive matching pursuit, MAMP)算法。该算法采用模糊阈值预选方案,改进了步长选择方法,设置了初次裁剪门限。仿真结果表明,在同等稀疏的条件下实现精确重构,该算法的运算速度较原算法提高了1倍,所需的观测值个数减少了1%,并提高了重构精度。     

基于压缩感知的自适应匹配追踪算法优化

针对基于压缩感知的稀疏自适应匹配追踪(sparsity adaptive matching pursuit,SAMP)算法运行效率低的问题,给出了一种优化的自适应匹配追踪(modified adaptive matching pursuit,MAMP)算法.该算法在支撑集选择过程中对稀疏度进行了初步估计,并优化了迭代停止的条件.实验表明,该算法相比于SAMP有更快的收敛速度,并且实现更优的重建效果.     

基于同伦稀疏STAP的低空风切变风速估计

在机载气象雷达前视阵下,由于杂波的距离依赖性导致独立同分布(independent identically distributed, IID)训练样本严重不足,传统的空时自适应处理(space-time adaptive processing, STAP)算法性能下降,风场速度估计不准。针对此问题,提出一种基于同伦稀疏STAP的低空风切变风速估计方法,该方法仅需少量IID训练样本就能够达到较好的风场速度估计效果。首先,利用同伦稀疏恢复算法估计杂波协方差矩阵,从而重构出高分辨率的杂波空时二维谱。然后,通过求解STAP处理器的最优权矢量自适应滤除杂波。最后,实现对风场风速的准确估计。仿真结果证明所提方法的有效性。     

天波超视距雷达非均匀采样信号频谱重构

受瞬态干扰影响和空海同时探测的需求,在长相参积累时间条件下,天波超视距雷达(over-the-horizon radar, OTHR)回波信号的有效采样点往往缺损且非均匀,严重影响目标检测性能。针对此问题,提出了一种基于压缩感知的OTHR频谱重构方法。首先,建立了OTHR频域信号的稀疏模型;然后,提出了快速自适应复近似消息传递(fast adaptive complex approximate message passing, FACAMP)频谱重构算法并给出了算法实现步骤;最后,利用FACAMP算法实现了OTHR频谱重构并分析了重构性能。与现有重构算法相比,FACAMP算法具有重构精度高、运算复杂度低、可自适应调整参数和保留背景噪声高斯性的优势。理论分析和仿真实验均验证了所提算法的有效性。     

基于广义模式耦合稀疏Bayesian学习的1-Bit压缩感知

在1-Bit压缩感知(compressive sensing, CS)框架下,将信号的稀疏结构先验引入广义稀疏Bayesian学习(generalized sparse Bayesian learning, Gr-SBL),研究基于Gr-SBL的1-Bit CS重构。将广义线性模型与模式耦合稀疏Bayesian学习相结合,提出了一种基于广义模式耦合稀疏Bayesian学习1-Bit CS重构算法，简称为1-Bit Gr-PC-SBL算法。该算法将1-Bit CS重构问题迭代地分解成一系列标准CS重构问题,在信号稀疏模式未知的情况下,基于模式耦合稀疏Bayesian学习实现信号重构。进而,引入阈值自适应的二进制量化,设计了自适应阈值的1-Bit Gr-PC-SBL算法,进一步提升了算法的信号重构性能。     

基于广义模式耦合稀疏Bayesian学习的1-Bit压缩感知

在1-Bit压缩感知(compressive sensing, CS)框架下,将信号的稀疏结构先验引入广义稀疏Bayesian学习(generalized sparse Bayesian learning, Gr-SBL),研究基于Gr-SBL的1-Bit CS重构。将广义线性模型与模式耦合稀疏Bayesian学习相结合,提出了一种基于广义模式耦合稀疏Bayesian学习1-Bit CS重构算法，简称为1-Bit Gr-PC-SBL算法。该算法将1-Bit CS重构问题迭代地分解成一系列标准CS重构问题,在信号稀疏模式未知的情况下,基于模式耦合稀疏Bayesian学习实现信号重构。进而,引入阈值自适应的二进制量化,设计了自适应阈值的1-Bit Gr-PC-SBL算法,进一步提升了算法的信号重构性能。     

改进的强跟踪飞机舵面快速故障诊断方法

针对多模型自适应估计(multiple model adaptive estimation, MMAE)方法适应突变故障能力差、多重渐消因子强跟踪算法滤波发散、故障条件概率计算量大等问题,提出一种改进的多重渐消因子强跟踪多模型自适应估计(strong tracking multiple model adaptive estimation, STMMAE)快速故障诊断方法。通过多重渐消因子提高了故障突变时滤波器的跟踪性能;通过改进一步预测协方差阵更新方程,保证了滤波器稳定性,提高了估计精度;采用基于欧几里得范数的飞机舵面故障概率快速计算方法,降低了故障概率计算量。对比仿真表明,该算法跟踪性强、速度快、精度高,具有较好的鲁棒性和稳定性。     

基于多观测向量块稀疏的MIMO雷达非理想正交波形成像

基于稀疏恢复的多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达波形分离方法,能够代替匹配滤波,提高MIMO雷达非理想正交波形分离效果,对目标高分辨成像。但由于目标像稀疏性较弱,多观测向量(multiple measurement vector, MMV)稀疏恢复算法的效果有限。通过调整感知矩阵发掘目标像的块稀疏性,提出了一种基于块稀疏的MMV稀疏重构算法来提高成像质量。首先采用改进的复合三角函数(improved composite trigonometric function, ICTF)作为平滑函数近似l₀范数,然后将其扩展到基于块稀疏的MMV模型,最后通过自适应调整正则化参数提升算法稳健性。通过实验验证了该算法在不同稀疏度、不同信噪比下的重构性能,仿真分析了其应用于MIMO雷达对多散射点目标模型的成像效果。仿真结果表明,所提算法能够更好地提高成像质量。     

基于多观测向量块稀疏的MIMO雷达非理想正交波形成像

基于稀疏恢复的多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达波形分离方法,能够代替匹配滤波,提高MIMO雷达非理想正交波形分离效果,对目标高分辨成像。但由于目标像稀疏性较弱,多观测向量(multiple measurement vector, MMV)稀疏恢复算法的效果有限。通过调整感知矩阵发掘目标像的块稀疏性,提出了一种基于块稀疏的MMV稀疏重构算法来提高成像质量。首先采用改进的复合三角函数(improved composite trigonometric function, ICTF)作为平滑函数近似l₀范数,然后将其扩展到基于块稀疏的MMV模型,最后通过自适应调整正则化参数提升算法稳健性。通过实验验证了该算法在不同稀疏度、不同信噪比下的重构性能,仿真分析了其应用于MIMO雷达对多散射点目标模型的成像效果。仿真结果表明,所提算法能够更好地提高成像质量。     

基于压缩感知的阈值多路径稀疏度自适应图像重构算法

针对深度优先的多路径匹配追踪算法在进行图像重构时需要已知图像稀疏度、计算复杂度高等问题,提出了阈值多路径稀疏度自适应图像重构算法。该算法引入多个候选集,通过设定阈值来进行原子筛选和候选集数量的调整。然后每次迭代选出残差最小的路径作为新的候选集,以提高重构速度。此外,将残差差分小于某一阈值作为算法停止条件,因此不需要图像稀疏度作为算法的输入。实验结果表明,该算法可以获得较好的重构效果,同时保持了良好的时间复杂度和抗噪性能。     

非局部正则化的压缩感知图像重建算法

压缩感知(compressed sensing, CS)图像重建算法是CS图像获取问题的一个研究重点。针对传统基于稀疏性先验的重建算法不能有效重建图像的各种结构特征,为了在测量值数量不变的情况下进一步提高图像的重建质量,在稀疏性先验的基础上,引入局部自回归模型和非局部自相似性作为图像额外的先验信息,建立了非局部正则化的CS图像重建模型,并给出了相应的数值求解算法。此外,对于重建模型中图像的自回归参数,给出一种基于非局部相似点的估计方法。实验结果表明,较之传统的稀疏性正则化重建算法和同类的MARX(model based adaptive recovery of compressive sensing)算法,所提算法能获得更高的图像重建质量。     

Compressed sensing based channel estimation for fast fading OFDM systems

A compressed sensing (CS) based channel estimation algorithm is proposed by using the delay-Doppler sparsity of the fast fading channel. A compressive basis expansion channel model with sparsity in both time and frequency domains is given. The pilots in accordance with a novel random pilot matrix in both time and frequency domains are sent to measure the delay-Doppler sparsity channel. The relatively nonzero channel coefficients are tracked by random pilots at a sampling rate significantly below the Nyquist rate. The sparsity channels are estimated from a very limited number of channel measurements by the basis pursuit algorithm. The proposed algorithm can effectively improve the channel estimation performance when the number of pilot symbols is reduced with improvement of throughput efficiency.     

基于压缩感知的稀疏多径信道估计

提出了一种基于压缩感知理论的稀疏多径信道估计方法。利用训练序列设计了一种简化的Toeplitz结构观测矩阵,证明了观测矩阵满足限制等距特性,可以作为压缩感知的观测矩阵。根据此矩阵的近似正交性特点对正则化迭代硬阈值算法进行简化,并引入精英策略提出一种归档正则化迭代硬阈值估计算法。仿真结果表明,该估计方法相对于迭代最小二乘法具有更优的性能,且提出的归档正则化迭代硬阈值算法兼具收敛速度快和稳定性高的优点。     

基于压缩传感的MIMO-OFDM水声通信信道估计算法

充分利用水声信道的稀疏特征,提出一种基于压缩传感理论的多输入多输出正交频分复用(multiple-input multiple-output orthogonal frequency division multiplexing, MIMO-OFDM)水声通信系统信道估计算法。在MIMO-OFDM水声通信系统模型的基础上,考虑Doppler频移的影响设计符合压缩传感理论框架的过完备字典,利用一系列非正交基在过完备字典下描述待重建信号。通过对比分析基追踪降噪、丹茨格选择器以及正交匹配跟踪3种算法的信道估计性能,进一步证明了算法的有效性。仿真实验结果表明,基于压缩传感的稀疏信道估计算法具有优于传统最小二乘算法的信道估计精度,并且在最小二乘矩阵求逆奇异的情况下仍能准确地估计出信道参数;在计及Doppler频移的影响时,直接压缩传感估计优于补偿后的压缩传感估计方法。     

Toeplitz矩阵有限等距特性研究

在压缩感知热潮的影响下,观测矩阵的有限等距特性（restricted isometry property, RIP）也受到广泛关注。大多数理论研究表明高斯随机矩阵是满足RIP特性的,但由于其存储成本较高,物理实现较复杂,在实际使用中托普利兹（Toeplitz）随机矩阵由于可以使用快速离散傅里叶变换实现而受到青睐。该文将图论中点均匀着色定理和盖尔圆盘定理应用于压缩感知中,对托普利兹观测矩阵的RIP特性进行了证明,证明结果表明,由服从某种特定概率分布的项构造的Toeplitz矩阵以较大概率满足有限等距特性。最后,对最小二乘算法（least square,LS）、线性最小均方误差（linear minimum mean square error,LMMSE）算法和高斯观测矩阵的压缩感知算法以及Toeplitz观测矩阵的压缩感知算法进行了对比分析,Toeplitz观测矩阵的压缩感知算法在性能方面要优于高斯观测矩阵的压缩感知算法和传统算法,运算复杂度方面要优于高斯随机矩阵,为压缩感知实现无失真地重构原始信号提供了理论和应用参考。